沙盘上以沙盘模式呈现，由沙盘模型、智能车辆管理系统、车辆追踪系统、AI智能停车场系统、ETC控制系统、智慧社区系统、城市环境监测系统、城市灯光控制系统、危险路段预警系统、交通灯指示系统、车流量检测系统、中央控制系统、VR虚拟现实体验系统、移动终端控制系统、智能网关系统、物联网云服务器组成。场景主要包含智能公交控制、交通指示灯、ETC控制系统、智能停车场、危险路段监视、环境监测、物联网应用、智能路灯、车流量监测、车牌识别、车辆定位等，场景中布置对应功能的传感器与执行器。沙盘综合体现并实现以下功能：智慧社区、智能交通、智能停车场、环境监测、物理网应用、路径规划以及VR虚拟现实应用等。其中智能交通主要以沙盘上的公路网、公交车和停车场来体现，其他功能分别对应到沙盘上具体的区域。通过对该系统的全面学习，指导学生从零开始，逐步了解物联网技术在智慧城市领域的应用和开发，同时也为解决现代城市交通拥堵、道路事故、停车难、城市消防、公众交通工具管理、社区安防、城市灯光管理、交通肇事逃逸、ETC收费等提供了技术解决方案。

图1 产品实物图

沙盘上的智能小车采用AGV磁导航方式运行，其中沙盘中提供给小车磁导航的磁条埋设在沙盘路面以下，从沙盘上看不到磁条，不破坏沙盘整体美观。

组网采用ZigBee技术实现互联，其中ZigBee部分采用CC2530处理器，且提供独立的CC2530模块节点， CC2530节点安装采用卡子接插件方式，可以在不用任何工具的情况下对节点进行拆卸，不需要使用胶水或螺丝固定，方便学生进行拆卸和二次重构。

VR虚拟现实增加了沙盘的体验度，通过智能车的第一视角，体验智能车在沙盘模型上的运动路线，使得该沙盘更加的贴近实际。

图2 VR智慧城市系统界面

1.智能车辆管理系统

系统标备一条完整的公交路线，并配置一组智能站牌，智能站牌实时显示公交位置与公交路线，给用户最新的公交位置，便于用户选择合适的公交；同时显示来自于物联网应用系统的实时环境信息，为用户提供最新的天气信息。

涉及设备：智能车、串口显示屏、M3节点控制板和ZigBee通讯核心板等组件。

2.车辆追踪系统

本系统以结合图像处理的技术来让计算机自动地识别、追踪沙盘中的车辆，并将位置信息发送到中央控制系统。本系统的主要功能包括特定的标记定位功能、运动物体的追踪等功能。

涉及设备：USB信号放大延长线、图像定位摄像头等组件。

3.ETC控制系统

沙盘配有ETC出入站口，对过往的车辆进行智能收费，不需要人工干预。按照车辆的型号、需求的服务进行收费。车辆行驶进UHF（模拟实际ETC读写器）读卡器范围内后，UHF读卡器自动读取车辆信息，并实时反馈至物联网应用系统，并由应用系统进行调度，ETC系统自动控制电子道闸，车辆通过时，道闸栏杆自动抬起，模拟自动收费，车辆通过后，栏杆自动落下，实现不停车收费。

涉及设备：915M超高频读写模块、ZigBee通讯核心板、道闸控制模块、红外漫反射传感器等组件

4.智慧社区系统

沙盘配有智慧社区系统，通过家庭消防传感点的互联，家庭预警、小区排查、消防自动调度、最优路线调度以及消防优先通行等，实现消防隐患的第一时间预警，未来的消防是建立在物联网互联上的智能消防。系统在合适的位置上布置物联网应用检测的相关传感器，主要有烟雾、可燃气、火焰、人体红外等传感器，传感器数据采集后通过ZigBee无线实时上传到智能网关系统，智能网关系统系统将相应数据汇总并上传至服务器，以供物联网应用系统等进行信息获取以及调度。

涉及设备：烟雾传感器、燃气传感器、火焰报警器、人体红外传感器等组件。

5.城市环境监测系统

本系统通过传感器实时采集环境数据，在遇到特殊的环境状况时，能及时报警。传感器通过485与节点控制板通讯，采用Modbus总线协议。通过ZigBee上传到智能网关，智能网关将数据汇总并发送至服务器。

涉及设备：光照传感器、空气温湿度传感器、PM2.5传感器、风速传感器等组件。

6.城市灯光控制系统

沙盘在路段两侧配备路灯，模拟真实的路灯控制，智能路灯控制系统提供智能控制模式与时段控制模式两种。

智能控制模式：系统根据实时光照数据进行路灯的整体控制。

时段控制模式：通过预设时间参数进行路灯的整体控制。

涉及设备：M3节点控制板、ZigBee通讯核心板、路灯模组等组件。

7.危险路段预警系统

在高速路段设置有危险路段监控，当发生异常时会触发局部声光报警，同时将该路段的报警信息上传至智能网关，智能网关对该路段实施紧急关闭处理。

涉及设备：声光报警器、单光束红外对射探测器、雨雪传感器、无线网络摄像头等组件。

8.交通灯指挥系统

提供固定时长和动态调整两种模式。在动态调整模式下，系统可根据车流量大小来动态调整红绿灯的时间间隔。系统还可以配合中央控制系统实现特定车辆优先通过等功能。

涉及设备：M3节点控制板、ZigBee通讯核心板、交通指示灯等组件。

9.车流量检测系统

在十字路口埋设红外漫反射传感器对过往车辆计数，实现实时监测主干道路车流量，及时通过交通情报板进行交通信息通报和预警。

涉及设备：M3节点控制板、ZigBee通讯核心板、红外漫反射传感器等组件。

10.中央控制系统

提供图形化界面方便操作人员直观的对设备进行管理。实现智能停车场系统参数设置与实时监控、交通指示灯系统的参数设置与实时监控、ETC子系统的参数设置与实时监控、环境监测站系统的实时监控、危险路段系统监控、物联网应用系统监视以及各系统的联合调度等功能。

涉及设备：立式触摸一体机等组件。

11.移动终端控制系统

用户可通过手机终端、PAD或其它Android设备访问系统，实现实训系统环境信息、公交信息、高速路段信息等的实时状态查询。

涉及设备：开源移动终端等组件。

12.智能网关系统

基于物联网云服务系统，实现数据汇总、数据分析、数据上传与交互功能。网关将智能公交、交通指示灯、ETC控制、智能停车场、危险路段监视、环境监测、物联网应用、智能路灯、车流量监测等系统的数据实时汇总并上传服务器，同时将中央控制系统的指令进行转发，下发至各个系统。

涉及设备：物联网网关、无线协调器、无线路由器等组件。

项目背景：

在现代社会，随着计算机技术的不断发展，信息化应用水平不断提升，传统城市模式受到了较大的冲击。在民生、环保、公共安全、交通、城市服务等方面的智能化需求日益增长，如何能利用先进的信息技术，实现城市智慧式管理和运行，进而为城市中的人创造更美好的生活，促进城市的和谐、可持续成长，成为了各个国家、各大巨头企业的新思考方向。在此背景之下，智慧城市建设应运而生。这不仅推动了传统意义上的城市向新型智慧城市演进，更对智慧城市建设和发展相对应高素质技术人才的培养提出了更高的要求，构建以能力为核心的课程体系，加强理论课程和实际应用间的联系，培养学生的实际动手能力，建立完善的实训基地等需求，也已经迫在眉睫了。

项目一：ETC不停车收费系统场景

场景简介：模拟车辆使用ETC通过高速收费站场景。沙盘配有ETC出入站口，对过往的车辆进行智能收费，不需要人工干预。按照车辆的型号、需求的服务进行收费。车辆行驶进UHF（模拟实际ETC读写器）读卡器范围内后，UHF读卡器自动读取车辆信息，并实时反馈至物联网应用系统，并由应用系统进行调度，ETC系统自动控制电子道闸，车辆通过时，道闸栏杆自动抬起，模拟自动收费，车辆通过后，栏杆自动落下，实现不停车收费。

涉及设备：串口显示屏、915M超高频读写模块、M3节点控制板、ZigBee通讯核心板、道闸控制模块、红外漫反射传感器等组件。

项目二：急救车困在车流中的场景

场景简介：模拟一辆载有病人的救护车因路口堵车停滞不前，系统自动调节使其顺利通过并到达医院的场景。首先中央控制系统结合图像处理的技术让计算机自动地识别、追踪沙盘中的车辆，并将位置信息发送到中央控制系统。然后中央控制系统再根据在十字路口埋设红外漫反射传感器实时反馈的路口车况为救护车安排可最快到达医院的路线。最后中央控制系统可根据车流量大小来动态调整红绿灯的时间间隔，让救护车优先通过。

涉及系统：车辆追踪系统、交通灯指示系统、车流量检测系统、中央控制系统

涉及设备：USB信号放大延长线、免驱摄像头、M3节点控制板、ZigBee通讯核心板、交通指示灯、红外漫反射传感器等组件。